论民用建筑混凝土裂缝形成的主要原因

摘要：长期以来混凝土裂缝的研究，一直是学术界和工程界的一个重要课题。现代科学关于混凝土强度的亚微观理论研究以及大量工程实践所提供的经验都说明:混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。
　　关键词：裂缝机理，钢筋混凝土，温度裂缝，干缩裂缝
　　1引言
　　结构的破坏和倒塌都是从裂缝的扩展开始的。从近代固体强度理论的发展可以看到，裂缝的扩展是结构被破坏的初始阶段。因此，对混凝土结构的裂缝必须要引起高度重视，必须对之进行充分地调查、研究，分析出裂缝的真正原因，从而准确判断出裂缝的性质(有害或无害)以及其危害程度，混凝土结构裂缝形成的机理则正是分析裂缝产生原因的理论基础。
　　2裂缝的基本概念
　　任何建筑物都不可能绝对无裂缝，建筑物的裂缝还具有活动性，时刻在发生变化，有时还会伴有声响。建筑物的破坏往往是从裂缝开始的，一般把裂缝视为房屋危险的征兆。建筑物的裂缝可以简单的划分为“有害裂缝”和“无害裂缝”。有害裂缝—主要在于它对建筑结构的承载力、平面稳定性、空间稳定性、受力状况与变形、节点的合理而牢固的构造等有直接的影响或影响严重。这类裂缝的出现往往是因为设计、施工、管理、使用不当或材料质量问题，没有考虑应考虑的意外因素(如特殊荷载等)地基基础的不均匀沉降造成的裂缝，绝大多数属于这种“有害裂缝”。无害裂缝—主要在于它对建筑结构不致产生上述影响，但也不能就此认为绝对无害，因为“无害裂缝”的存在，本身就说明该建筑物存在一定的质量问题。固体材料的裂缝，既是材料的某种缺陷，也是材料的某种固有性质。材料中微观裂缝的形成，建筑物上宏观裂缝的出现，都包含着极其复杂的因素，目前尚无一种公式能定量的描述这种裂缝现象。混凝土与钢筋混凝土结构，在尚未承受荷载时就存在着肉眼看不见的微裂缝。微裂缝的分布是极其不规则的，沿构件表面是非贯穿性的，所以有微裂缝的混凝土，一般可承受一定的拉力。但是，在结构承受较大拉力的某些薄弱环节，微裂缝在拉力作用下很容易扩展并串联全截面，从而较早导致断裂。混凝土微裂缝扩展并串联横贯全截面的情况严重时，将会失去抗剪能力。混凝土微裂缝的存在、扩展与增多，会使混凝土刚度下降、持久强度降低、徐变变形增大。混凝土微裂是肉眼不可见的。肉眼可见裂缝范围一般以O.O5mrn为界(实际最佳视力可见0.02mm)，大于等于O.O5mm的裂缝称为“宏观裂缝”。宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。一般工业与民用建筑中，宽度小于O.O5mm的裂缝对使用(防水、防腐、承重)无危险性，故假定具有小于O.O5mn。裂缝的结构为无裂缝结构，所谓不允许裂缝设计，也只是相对的不大于O.O5mm初始裂缝的结构。
　　3裂缝的形成机理
　　1.混凝土微观裂缝的形成机理，混凝土由水泥、骨料、水以及存留在其中的气体组成，是一种多相非均匀的脆性材料。研究表明，当环境温度、湿度变化及混凝土硬化时，混凝土的体积会发生变化，并使其内部产生变形，由于混凝土中各种材料某些性能的不同，这种变形是不均匀的。水泥石收缩较大，而骨料收缩很小;水泥石的热膨胀系数较大，而骨料较小。同时，它们之间的变形不是自由的，相互之间产生约束，从而在混凝土内部产生粘着微细裂缝(指骨料与水泥粘接面上的裂缝，主要沿骨料周围出现)，水泥石裂缝(水泥浆中的裂缝，出现在骨料与骨料之间)，骨料裂缝(骨料本身的裂缝)等三种，因此，混凝土内部微细裂缝的存在是混凝土材料本身固有的一种物理性质川。利用显微镜可以清楚地发现这种微细裂缝的分布是不规则的，一般情况下，这些裂缝是不贯通的。2，素混凝土构件的裂缝产生机理就混凝土自身而言，产生裂缝的机理一般认为是因为混凝土材料(包括水泥石和粗细骨料)变形受约束所引起的内应力大于材料抗拉强度的缘故。混凝土在拉应力(包括收缩、变形和外荷载)的作用下，这些微细裂缝的长度和宽度均有相应的增大。如果拉应力大于混凝土本身的抗拉强度，这些微细裂缝逐渐互相贯通，且其宽度迅速增大。当裂缝宽度超过0.030.05mm时，便产生了肉眼可以看见的裂缝。3，钢筋混凝土构件的裂缝产生机理在配有钢筋的混凝土构件中，钢筋和混凝土既可以协同受力，又可能互相约束，其混凝土的裂缝一般可用“粘结一滑动”的机理加以解释。认为钢筋混凝土可见裂缝的产生和开展，是混凝土与钢筋之间不能再保持变形协调而出现相对滑动的结果。4裂缝产生的主要原因
　　建筑物在使用过程中承受两大类荷载。第一类是静载荷、动载荷及其它外荷载;第二类是变形荷载，包括温度、收缩。裂缝产生的原因主要有以下几种:1，裂缝由外荷载(静或动)的直接应力(按常规计算的主应力)所引起。(1)、受弯、受拉等构件的横向裂缝在钢筋混凝土受弯构件中，当截面的受拉边缘混凝土拉应力达到其抗拉强度极限应变时，构件在抗拉能力最弱截面出现第一条(批)裂缝，裂缝处钢筋承担全部拉应力，其应力随着载荷增加而迅速增加。受拉张紧的混凝土出现裂缝后即向裂缝两边回缩，使混凝土与钢筋表面产生相对滑移，由于混凝土与钢筋之间存在粘结力混凝土的回缩受到钢筋的约束。(2)、受弯构件的斜裂缝受弯构件在弯矩、剪力共同作用下，随着荷载的增加，在集中荷载与支座之间陆续出现一些斜裂缝，其中近支座处的一条斜裂缝发展较快，成为导致构件破坏的临界裂缝。这样会发生斜截面破坏，而这种破坏带有脆性性质，无明显预兆，危害性极大。2，裂缝由结构的次应力所引起，许多建筑物结构的实际工作状态同常规计算模式有出入。如钢筋混凝土屋架，结点是按铰接计算的，而实际的屋架结点却承受着较显著的弯矩和剪力，构件内这样的应力称为次应力，它们常在结点处引起裂缝的出现。还有些常规不计算的外荷载应力，但实际却引起结构裂缝。3，裂缝由结构变形变化所引起。由温度、收缩、不均匀沉降等因素而引起结构的变形，而变形受到约束产生内部应力，当应力超过一定数值则引起裂缝。裂缝出现后变形可以得到满足或部分满足，内部应力松弛。结构材料韧性良好才可以适应变形要求。
　　因结构变形变化而引起的裂缝主要有:(1)温度裂缝温度裂缝是最常见的一种裂缝，是混凝土收缩与冷缩共同结果。温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。(2)干缩裂缝干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。(3)塑性收缩裂缝塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽两端细且长短不一、互不连贯状态。因此产生龟裂。(4)沉降收缩裂缝裂缝产生原因是混凝土浇捣后，骨料颗粒沉落，水泥浆上浮，受到钢筋或埋设件或大骨料的阻挡，而使混凝土互相分离。另外，混凝土本身组成材料沉降不均匀造成开裂。
　　5结语
　　混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。微裂缝的存在是混凝土固有的一种物理性质，微裂的产生原因可按混凝土基本理论加以解释:混凝土内部的不均匀变形所产生的约束应力可能会引起混凝土微裂。宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。混凝土开裂的原因众多，主要包括材料、施工、使用及环境、结构及外力等四方面。不同的裂缝原因，导致了各自差异的混凝土缺陷特征和裂缝表现。
　　6参考文献
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　　[2]王铁梦.工程结构裂缝控制.北京:中国建筑工业出版社，2000
　　[3]陈士良等.现浇楼板的裂缝控制.北京:中国建筑工业出版社，2003